Évaluation de la VOP locale par échographie ultrarapide

L’échographie est la modalité d’imagerie la plus utilisée en clinique. Cette méthode ultrasonore est temps réel, non-invasive, rapide et peu coûteuse. Pour faire une image échographique avec un appareil « classique » on focalise en émission une onde ultrasonore avec des retards de telle sorte que les ondes se rencontrent sur une ligne de l’image. Les hétérogénéités du milieu, le long de la ligne, réfléchissent l’onde focalisée et on enregistre les signaux rétrodiffusés. L’image de cette ligne est reconstruite en adaptant les lois de retard en réception. A chaque ligne de l’image l’opération de focalisation-réception est répétée soit une centaine de fois pour reconstruire l’image en entier (Figure 4- 1). Avec cette méthode de tirs focalisés, on peut acquérir une image en temps réel à 50-100 images par seconde.

Figure 3-1 : Principe de la formation d’une image en imagerie ultrasonore classique (ici en échocardiographie). Une première onde est focalisée le long d’une ligne du milieu en ajustant la loi de retard à l’émission. Les signaux rétrodiffusés permettent de reconstruire une ligne de l’image en appliquant une focalisation dynamique en réception. Ensuite, une deuxième onde est focalisée sur la ligne à côté. De la même manière, les signaux rétrodiffusés permettent de reconstruire la ligne de l’image en appliquant une focalisation dynamique en réception. En balayant le faisceau sur une centaine de lignes, une image complète est reconstruite.

Une nouvelle technique d'imagerie ultrarapide par ultrasons, appelé UltrafastEcho ou Ultrafast Ultrasound Imaging (Montaldo et al. 2009; Tanter and Fink 2014), a été récemment mise au point. Elle a été initialement développée pour l'analyse de la propagation des ondes de cisaillement dans l'imagerie par élastographie pour le cancer du sein et l'exploration de la thyroïde, mais est évaluée aujourd'hui

71

comme un nouvel outil de diagnostic dans les pathologies vasculaires. Cette technique a été développée par un laboratoire de recherche français, l'Institut Langevin de l’école supérieure de physique chimie industrielle de la ville de Paris (ESPCI). Sa principale innovation est l'imagerie à un cadencement extrêmement élevé, pouvant atteindre 10 000 images / s, soit 10 kHz, 100 fois plus rapide que les dispositifs classiques d'échographie diagnostique actuellement disponibles. Rappelons qu’en échographie « classique » le temps minimal pour former une ligne de l’image correspond au temps aller- retour des ultrasons focalisés. Le temps minimal pour former une image entière, composée de cent lignes, est donc de cent fois le temps aller-retour des ultrasons. Une méthode originale a été développée au laboratoire pour augmenter la cadence d’imagerie de manière drastique. Cette percée technologique est basée sur le principe d'envoi de quelques ondes planes d’angles différents en émission (par opposition à 128 lignes ciblées avec les systèmes d'échographie classique). Au lieu d’émettre 128 tirs focalisés selon 128 lignes de l’image, les cristaux piezzo-électriques émettent une seule onde plane de la taille de la barrette, qui va se propager dans tout le milieu. En enregistrant les signaux rétrodiffusés, on peut reformer une image entière à partir d’un seul tir d’onde plane. La cadence d’imagerie est alors démultipliée jusqu’à 100 et permet d’imager à des vitesses de plusieurs milliers d’images par secondes. La focalisation ayant lieu en réception, les signaux réfléchis sont ensuite traités en réception par un dispositif de traitement de signal acoustique qui permet à l'image d’être reconstruite très rapidement. La résolution spatiale de l’image reconstruite par le tir d’une seule onde plane est cependant moindre que celle obtenue partir des 100 tirs d’ondes focalisées.

Pour gagner en qualité, il est possible d’émettre plusieurs ondes planes successives mais avec un angle d’émission différent (Figure 4-2). La sommation cohérente d’ondes planes correspond au fait de les combiner a posteriori de manière cohérente pour recréer des taches focales synthétiques partout dans l’image comme si on avait focalisé les ondes en émission en chacun de ces points (Montaldo et al. 2009; Tanter and Fink 2014). Avec un petit nombre d’angles, l’amélioration de la qualité d’image est notable. Il

72

a été montré qu’avec environ 40 ondes planes angulées, la résolution spatiale obtenue est équivalente à celle obtenue par des appareils d’échographie classique. Avec la technologie UltrafastEcho la VOP d'un segment localisée de la paroi artérielle peut être mesurée en direct. L'imagerie ultra-rapide comprend les étapes suivantes. Le clinicien optimise l'image en mode B, de l'artère pour laquelle il souhaite mesurer une VOP. La mesure est prise le long de l'axe principal de l'artère à étudier (une bonne vue de l'intima- média indique généralement que la qualité d'image optimale a été atteint). Une fois que l'image a été optimisée, la procédure d'acquisition du dispositif d'imagerie ultra-rapide est activée et le système est gelé pendant quelques secondes. Le système détecte automatiquement la paroi proximale et la paroi distale de l'artère et effectue une analyse en Doppler tissulaire des parois de l’artère. En effet, au passage de l’onde de pouls, l’artère se dilate, son diamètre augmente. Le déplacement de proche en proche de la paroi artérielle via le Doppler tissulaire permet de visualiser la propagation de l'onde de pouls. Les gradients de vitesse dans le mode spatio-temporel de l'image Doppler tissulaire sont affichés sur l'image. La VOP locale est dérivée des gradients et affichée.

Figure 3-2 : Principe de la sommation cohérente d’ondes planes. Le milieu est imagé avec des ondes planes angulées, l’image reconstruite par chacune des ondes planes est une image de basse qualité. La sommation cohérente de ces images, crée une tache focale synthétique partout dans l’image et permet de reconstruire une image de haute qualité.

73

3.7 Perspectives

Les premières techniques élaborées pour évaluer la rigidité artérielle, utilisent des mesures indirectes telles que la vitesse de l'onde de pouls ou l'analyse des variations de la pression et du volume intra-artérielles pour estimer la rigidité artérielle. Les techniques basées sur des mesures globales d'onde de pouls manquent de précision car elles supposent que la rigidité artérielle est uniforme sur tout le trajet de propagation de l'onde de pouls, et qu'elle est constante tout au long du cycle cardiaque. Les techniques basées sur l'analyse des variations de pression et de volume ne permettent pas de mesurer la pression inter-artérielle, et utilisent donc une mesure indirecte. L’échographie ultrarapide est une nouvelle technique d'imagerie à ultrasons qui peut enregistrer jusqu'à 10 000 images par seconde. Cette haute résolution temporelle permet de mesurer la vitesse de l'onde de pouls locale. Il est possible en temps réel, en utilisant une sonde à ultrasons vasculaire traditionnel et un dispositif d'imagerie à ultrasons de diagnostic, d’effectuer une évaluation précise de la rigidité artérielle locale et de sa variation au cours du cycle cardiaque. Ce saut technologique devrait permettre d'améliorer l'évaluation du phénotype des patients souffrant de maladie vasculaire, d'évaluer plus efficacement le risque cardiovasculaire des patients pour la prévention primaire et secondaire, et de procéder à de larges études épidémiologiques sur le risque cardiovasculaire.

74